摘要
俯冲带是板块的消亡带，是两个相邻板块发生相向运动、俯冲、碰撞的位置，是研究板块构造和全球元素循环的重要场所。作为重要的成矿场所之一，俯冲带深部物质的循环及其流体性质、氧化还原状态等是矿床学、岩石学、地球化学领域中所共同关注的热点。本文以西南天山昭苏阿克萨义地区榴辉岩及其脉体为研究的切入点，系统地开展了岩相学、矿物学、拉曼光谱+扫描电镜+X射线能谱（RISE）的研究，辅以全岩主量元素分析、热力学模拟计算等手段，系统地研究了榴辉岩变质过程中氧逸度、氧当量的演化特征和硫的赋存状态，并进一步探讨了深俯冲过程中流体的氧化还原性质。 昭苏阿克萨义地区榴辉岩及其脉体(10SW8)由榴辉岩、蚀变带和脉体构成。脉体为含白云石的高压石英脉，主要由绿辉石、绿帘石、黄铁矿和白云石等矿物组成，并含有细粒的金红石;在黄铁矿、石榴子石内发现有硬柱石及其退变的多相矿物包裹体，说明硬柱石稳定存在于蓝片岩-榴辉岩相变质阶段，且榴辉岩内高压脉体的形成与硬柱石失稳分解有关;脉体中大量白云石的沉淀指示流体中富含Ca元素。榴辉岩样品中保存有硬柱石蓝片岩相、峰期榴辉岩相、退变蓝片岩相和退变质绿片岩相四个变质作用阶段的记录。确定了硫(S)在样品中主要以硬石膏、重晶石等硫酸盐和黄铁矿、黄铜矿等硫化物的形式赋存，其中发育于白云石内及脉体中的硫酸盐可能形成于硬柱石蓝片岩相。此外还鉴别出不同产状的黄铁矿及黄铜矿，它们可能为多期的变质产物。 热力学模拟了水含量不同的情况下岩石氧逸度的变化及与之对应的硫的赋存状态，模拟结果验证了岩相学的观察，在俯冲带浅部发育大量黄铁矿，随着俯冲的加深硫化物逐渐被硬石膏取代，大量的流体释放于硬柱石的分解阶段，从而使得S在俯冲带浅部的流体中主要以HS形式存在，深部则以HSO4-形式赋存。 热力学模拟了三种不同的地温梯度下流体成分、氧化还原性质的演化特征。根据前人对西南天山高压-超高压变质带的温度-压力(P-T)数据，拟合获得“天山”俯冲带的地温梯度模型，结合前人构建的典型“热俯冲带”（Cascadia模型）和“冷俯冲带”（Honshu模型），展开了热力学模拟计算、并进行对比。沿着不同的地温梯度，S在俯冲带浅部主要的赋存形式为硫化物，流体中最主要的含硫相为HS-和H2S;随着俯冲深度的增加逐渐被硫酸盐矿物取代，流体中S元素的含量及硫酸根的含量不断上升。其中在“冷”俯冲带中的硫化物在深部将持续存在;而在“天山”俯冲带中，深部的硫酸盐将彻底取代硫化物，其深部流体中主要的含硫相均为HSO4-;在“热”俯冲带深部的流体内，HS-、H2S和HSO4-均大量存在。因此，不同地温梯度的俯冲带均显示，在深俯冲过程中氧逸度有逐渐增加的趋势，且其深部的氧逸度均为正值，即表现为相对氧化的状态。而该体系的开放与否、富硫酸盐流体的大量迁出与否，这些虽然会造成氧当量的不断降低，但这一作用并未对俯冲带内不同深度的氧逸度造成影响。 综上所述，本论文通过对西南天山昭苏阿克萨义地区榴辉岩及其脉体中含硫矿物的识别和分析，获得了西南天山高压/超高压变质带硫酸盐曾在高压流体中存在的证据，同时结合热力学模拟计算，对榴辉岩变质过程中流体的成分及其性质进行了分析，为探讨俯冲带深部流体的氧化还原状态提供了重要的证据，从而对进一步了解地幔楔氧化、俯冲带成矿模型等科学问题具有探索意义。
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